发电机定子绕组重大绝缘缺陷的分析和处理

丁泽宇

（阳城国际发电有限责任公司，山西 晋城 048102）

0 引言

发电机是电力系统的心脏，它能否可靠地工作，直接影响发供电的质量。发电机在制造及解体大修过程中，绝缘可能受到损伤，形成弱点，在运行过程中会不断受到振动、发热、电晕、化学腐蚀以及各种机械力的作用，故它的各个部件都会逐渐老化，直到损坏。为了及早发现绝缘缺陷，对发电机进行预防性试验是必要的方法之一。

某火力发电厂1号发电机组系哈尔滨电机有限责任公司设计制造的QFSN-350-2型350 MW汽轮发电机，额定容量412 MVA、额定电压20 kV、额定电流11 887 A、定子绕组连接方式YY、冷却方式为水氢氢冷却。该厂2003年9月29日1∶13分对该机组停机进行B级检修工作，9月30日开始对1号发电机进行B级检修前的预防性试验。进行到发电机C相直流耐压试验时，在电压升至2.0Ue/40 kV维持1 min后继续升压时，试验人员发现微安表指针剧烈摆动（具体试验数据见表1，Ue为发电机额定电压），13 m层发电机本体现场观察人员发现有放电现象，试验小组立即停止了预防性试验并汇报公司领导。

表1 发电机定子绕组直流耐压试验数据 μA

为了彻底查明该缺陷，决定延长检修周期对1号发电机进行解体大修。在对1号发电机进行解体大修过程中，对该发电机进行了各项试验、检查工作，以确定1号发电机C相缺陷性质，并提出处理方案。

1 缺陷查找过程

1.1 分析判断

经组织专业技术人员分析，直流耐压试验能更有效地发现发电机定子绕组端部缺陷及间隙性缺陷，而且试验对绝缘的损伤程度较小，试验过程中A相、B相直流耐压试验都合格，C相直流耐压试验时电压升至2.0 Ue，维持1 min后继续升压时微安表指针剧烈摆动。分析认为C相定子绕组端部某部位有绝缘缺陷或放电性故障，其他两相对地和相间绝缘正常。但由于发电机定子绕组端部脏污情况对直流泄漏电流测量影响很大，为了排除端部对试验结果的影响，在发电机解体检查后应对发电机定子绕组进行清理，尤其是对定子端部绕组绝缘表面进行清理，使其无灰尘、油污。

由于汽缸温度高盘车不能停，需等盘车停止后解体进行进一步检查确认。公司在向集团公司汇报后，立即联系了制造厂家和电机维修单位等修理厂家。

1.2 解体检查

a）10月2日，打开发电机端盖后，发现发电机定子绕组端部线圈的绑线、垫块及槽楔出现大量的松动现象，个别垫片已经掉落在底部。同时发现多处端部主绕组振动而产生黄粉现象，证明该处的端部线圈振动较大。另外发现在发电机两端绕组槽口直线段端部垫块非常松动，已经脱落，触及发电机转子，在发电机转子的两端护环上磨出3～4 cm宽的划痕。在发电机汽侧上部有一绕组的槽口直线段部位有明显的绝缘破损现象。

b）为了排除发电机定子绕组端部脏污情况对直流泄漏电流测量结果的影响，对发电机定子绕组进行清理，尤其是对定子端部绕组绝缘表面进行彻底清理，并对其进行干燥处理，使其无潮气、灰尘、油污情况。

c）为了进一步确认缺陷部位，对发电机重新进行了直流耐压试验，现场发电机两端布置专业人员进行观察。当试验电压升至15.2 kV时发现绝缘破损的绕组有放电现象，经过确认找出了故障绕组及部位。为进一步确认故障点的数量，对已经发现缺陷的绕组进行割断并隔离，然后再次进行直流耐压试验，A、B、C三相直流耐压试验全部合格，确认故障部位只有一处。

2 缺陷处理方案

a）将发电机定子绝缘损坏的旧绕组更换为新绕组，新绕组对接采取银焊条焊接；对旧绕组进行绝缘恢复处理，经试验合格后作为备件。

b）全面检查发电机定子端部绕组、槽楔及定子铁芯，重新处理端部绑扎带，取消槽口原有的垫块，采用环氧涤玻绳进行正、反绑扎固化的新工艺处理，检查打紧松动的槽楔。关门槽楔采用加半导体垫片打紧并固定处理，端部松动的垫块再加垫片打紧固定处理。

端部绕组处理情况说明：除去原有的绑扎带；用锉平其表面，然后用80号砂纸进行打磨，之后用丙酮对其进行清理；在已打磨好的表面裹上一层树脂垫；在树脂垫表面包上一层绑扎带；用绑扎带进行绑扎；每绑扎一圈后对绑扎带刷环氧树脂，然后用加热器进行烘烤，直到绑扎好并刷上环氧树脂后用点钨灯烤10 h（温度为70～80℃）；烘烤10 h，之后在其表面刷上一层覆盖漆。

端部槽楔处理情况说明：除去原有的固定物（防止碎屑掉进绕组里面），并加半导体垫片打紧；后用砂纸进行打磨处理端部槽楔槽口；混合好的环氧树脂系胶结剂修补固定端部槽楔槽口；胶固化后在其表面刷一层防晕漆。

c）用带电清洗剂对定子端部绕组进行清洗、吹灰、喷漆、烘干处理。

d）上述步骤完成后对发电机定子绕组进行各项预防性试验：直阻、绝缘、吸收比、直流耐压及交流耐压试验，其试验数据全部合格后方能进行下步工作。

3 原因分析

a）发电机定子端部绕组直线段槽口垫块松动是由于制造工艺原因造成。由于采用梯形垫块，垫块是大头朝里小头朝外放在绕组中间，只是从小的一端穿眼向外用绑线拉紧固定，由于绑线没有良好固化而产生松动，应该两头穿眼用绑线固定并用环氧树脂良好固化。

b）发电机端部绕组绑扎松动原因是垫块和绑线固定不良造成，垫块和绑线没有被环氧树脂浸透而存在弹性，时间长易松动、摩擦，此原因也属于制造工艺不良造成。

c）发电机槽楔松动并且半导体垫片由于松动跑出绕组，属于制造时质量不良造成。

d）发电机定子绕组绝缘破损的原因：根据形成的形状分析，上层绕组距离槽口不远处主绝缘有一缺口；经取出该绕组，缺口从端部看呈外浅里深的三角形，朝里最深处达2 mm，缺口处有爬电痕迹。经厂家分析认为是该发电机组装在定子绕组打紧槽楔时，由于工作人员不小心将该绕组击伤所造成。

e）本次检修前进行直流耐压试验才发现绝缘缺陷的原因是，被击伤的绕组经过长时间运行出现爬电、产生电腐蚀促使绕组主绝缘逐步下降。

4 结论

通过对比试验数据和1号发电机定子绕组绝缘缺陷形状分析，认为制造厂家在组装该发电机时，由于工作人员对定子绕组打槽楔不小心将该绕组击伤，留下该绕组主绝缘隐患。判断造成此缺陷原因的依据主要有以下几点：一是绝缘面漆被破坏而且破口是从端口向里撞击形成，故该绝缘破损缺口是在绕组制造好以后发生的；二是绕组绝缘固化后非常坚固，非金属物器很难造成创伤；三是在安装或检修中都非常注意对发电机保护，不会在端部喇叭口进行安装和修理工作。

同时发现该发电机定子绕组两端端部绑扎绳和垫块有大量松动现象，经过长时间运行端部主绕组由于松动而振动产生黄粉。被击伤的该根绕组出现爬电，产生电腐蚀使其主绝缘逐步下降，在此次发电机B级检修前直流耐压试验中，由于该绕组绝缘击穿放电被发现，避免了运行中该根有绝缘缺陷隐患的绕组发生主绝缘击穿而扩大为相对地短路或相间短路的重大事故。

通过对发电机积极、有效的检修，主要进行更换受损绕组、绝缘恢复、端部绕组绑扎及槽楔加固处理，该发电机各项预防性试验数据全部合格，试验数据见表2、表3。

表2 发电机定子绕组绝缘、吸收比及直流耐压试验数据

5 防范措施

为防止发电机定子绕组发生此类绝缘缺陷，应采取以下几点防范措施，具体防范措施如下。

a）发电机是发电厂及整个电力系统的心脏，一定要做好设备监造和出厂前的各种验收工作。

b）发电机在现场安装时要加强质量安全管理，注意保护发电机定子和转子，制定切实可行的保护方案并给予落实；发电机穿转子和安装端盖前要及时对发电机整体绕组、特别是端部绕组进行相应的外观检查，及时发现绝缘异常情况。

表3 发电机定子绕组直阻及交流耐压试验数据

c）发电机出口附近发生相间和三相短路后，一定要对发电机进行检查，确定定子端部绕组绑扎无松动及各项预防性试验合格后方可投入运行。

d）发电机投产1年后应按照规定进行检查性大修，对年运行小时数较高的发电机组一定要按照规定的周期进行A级检修。

e）发电机A级检修前后一定要按照《电力设备预防性试验规程》规定的方法和标准进行相关预防性试验，并进行检修前后的试验数据对照分析，以便及时发现问题。

f）对随机出厂的备用定子绕组做好相应保管工作，避免保管和搬运不当造成备用定子绕组绝缘损坏，起不到事故备件的作用。

g）发电机A级检修时应详细检查定子线圈端部和槽楔的紧固情况，对松动的部位要采取严格的措施及工艺进行处理。

6 结束语

造成发电机定子绕组绝缘缺陷的原因有许多，只有在工作中认真观察及分析，准确地找出主要原因并针对性进行处理，才能有效地解决发电机绝缘缺陷问题，保证发电机长期安全、稳定运行。